Су турбиналары: түрлері және техникалық сипаттамалары

Су турбиналары ағынды немесе ағып жатқан судың энергиясын механикалық энергияға түрлендіретін гидроэнергетикалық жүйелердің негізгі компоненттері болып табылады. Бұл процестің негізінде мыналар жатыржүгіруші, су ағынымен тікелей әрекеттесетін турбинаның айналмалы бөлігі. Жүгіргіштің дизайны, түрі және техникалық сипаттамалары турбинаның тиімділігін, жұмыс басы диапазонын және қолдану сценарийлерін анықтауда маңызды болып табылады.

1. Су турбиналарының жүргізушілерінің классификациясы

Су турбинасының жүгіргіштері әдетте олармен жұмыс істейтін су ағынының түріне байланысты үш негізгі санатқа жіктеледі:

A. Импульстік жүгірушілер

Импульстік турбиналар атмосфералық қысымда жүгіргіш қалақтарға соқтығысатын жоғары жылдамдықтағы су ағындарымен жұмыс істейді. Бұл жүгірушілер арналғанжоғары бас, төмен ағынқолданбалар.

• Пелтон Раннер:

  • Құрылымы: Доңғалақтың шетіне орнатылған қасық тәрізді шелектер.

  • Бас диапазоны: 100–1800 метр.

  • Жылдамдық: төмен айналу жылдамдығы; жиі жылдамдықты арттырғыштарды қажет етеді.

  • Қолданбалар: Таулы аймақтар, желіден тыс шағын су электр энергиясы.

B. Реакция жүгірушілер

Реакциялық турбиналар судың қысымы жүгіргіштен өткенде біртіндеп өзгеріп жұмыс істейді. Бұл жүгіргіштер су астында қалады және су қысымымен жұмыс істейді.

• Фрэнсис Раннер:

  • Құрылымы: ішке қарай радиалды және осьтік қозғалысы бар аралас ағын.

  • Бас диапазоны: 20–300 метр.

  • Тиімділік: Жоғары, әдетте 90%-дан жоғары.

  • Қолданбалар: Орта деңгейлі гидростанцияларда кеңінен қолданылады.

• Каплан жүгіруші:

  • Құрылымы: Реттелетін қалақтары бар осьтік ағынды жүгіргіш.

  • Бас диапазоны: 2–30 метр.

  • Ерекше өзгешеліктері: Реттелетін қалақтар әртүрлі жүктемелерде жоғары тиімділікке мүмкіндік береді.

  • Қолданбалар: Сағасы төмен, ағыны жоғары өзендер және толқындық қолданбалар.

• Propeller Runner:

  • Құрылымы: Капланға ұқсас, бірақ жүздері бекітілген.

  • Тиімділік: Тұрақты ағын жағдайында ғана оңтайлы.

  • Қолданбалар: Тұрақты ағыны мен басы бар шағын гидротораптар.

C. Басқа жүгіру түрлері

• Турго жүгіруші:

  • Құрылымы: Су ағындары жүгірушіге бұрышпен соғылады.

  • Бас диапазоны: 50–250 метр.

  • Артықшылық: Пельтонға қарағанда жоғары айналу жылдамдығы, қарапайым құрылыс.

  • Қолданбалар: Шағын және орта су электр станциялары.

• Кросс-ағынды жүгіргіш (Банки-Мишелл турбинасы):

  • Құрылымы: Су жүгіргіш арқылы көлденең, екі рет өтеді.

  • Бас диапазоны: 2–100 метр.

  • Ерекше өзгешеліктері: Шағын гидроэнергетика және ауыспалы ағын үшін жақсы.

  • Қолданбалар: желіден тыс жүйелер, шағын су.

2. Жүгірушілердің негізгі техникалық сипаттамалары

Жүгірулердің әртүрлі түрлері оңтайлы өнімділікті қамтамасыз ету үшін олардың техникалық параметрлеріне мұқият назар аударуды талап етеді:

3. Таңдау критерийлері

Жүгіру түрін таңдаған кезде инженерлер мыналарды ескеруі керек:

• Бас және ағын: Импульсті немесе реакцияны таңдау керектігін анықтайды.

• Сайт шарттары: Өзендердің құбылмалылығы, шөгінділер жүктемесі, маусымдық өзгерістер.

• Операциялық икемділік: Пышақты реттеу немесе ағынды бейімдеу қажеттілігі.

• Құны және техникалық қызмет көрсету: Pelton немесе Propeller сияқты қарапайым жүгіргіштерге техникалық қызмет көрсету оңайырақ.

4. Болашақ трендтер

Есептеу сұйықтығы динамикасындағы (CFD) және 3D металды басып шығарудағы жетістіктермен турбиналық жүгіргіштің дизайны келесі бағытта дамып келеді:

• Айнымалы ағындардағы жоғары тиімділік

• Арнайы сайт жағдайлары үшін теңшелген жүгірушілер

• Жеңілірек және коррозияға төзімді пышақтар үшін композициялық материалдарды пайдалану

Қорытынды

Су турбиналары гидроэнергетикалық энергияны түрлендірудің негізі болып табылады. Сәйкес жүгіргіш түрін таңдау және оның техникалық параметрлерін оңтайландыру арқылы су электр станциялары жоғары тиімділікке, ұзақ қызмет мерзіміне және қоршаған ортаға әсерді азайтуға қол жеткізе алады. Шағын көлемді ауылды электрлендіру немесе желіге қосылған ірі зауыттар үшін жүгіруші гидроэнергетиканың толық әлеуетін ашудың кілті болып қала береді.